Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Dynamická kompenzace v aplikacích nízkého napětí

číslo 10/2006

Dynamická kompenzace v aplikacích nízkého napětí

z německého originálu de, 5/2006,
upravil Ing. Josef Košťál, redakce Elektro

Dynamická kompenzace jalového proudu umožňuje eliminovat mnohé nevýhody, které se ještě stále objevují u konvenčních elektromechanických kompenzačních zařízení.

Konvenční systémy pro kompenzaci jalového výkonu se skládají z regulátoru jalového výkonu a několika výkonových kondenzátorů pro vlastní kompenzaci jalového proudu. Tyto kondenzátory jsou k síti připojovány pomocí stykačů. Spínací doba je ovlivněna vybíjecí dobou kondenzátorů a má hodnotu >60 s.

Obr. 1.

Obr. 1. Příklady použití dynamické kompenzace jalového proudu
Obr. 2. Spínací proud kondenzátoru při spínání stykačem (vlevo), tvorba napěťových přechodných jevů vlivem špičkových proudů (vpravo)
Obr. 3. Spínání stykačem – a) bez tlumicích rezistorů, b) s tlumicími rezistory

Nové aplikace vyžadují stále propracovanější techniku, která je schopna reagovat v reálném čase. Dynamické systémy kompenzace jalového výkonu, např. v podobě elektronických tyristorových modulů, nahrazují v těchto případech pomalejší elektromechanické spínače. Vzhledem k tomu, že tyristory nepodléhají mechanickému opotřebení, je také životnost těchto zařízení mnohem delší.

Nahrazení elektromechanických stykačů kondenzátorů odstraňuje ještě další problém, kterým jsou velké spínací proudy. Tyristorové moduly spínají kondenzátory při průchodu proudu nulou, a zamezují tak vznik velkých spínacích proudů, které mohou v extrémním případě dosahovat hodnot až dvěstěnásobku jmenovitého proudu.

Obr. 2.

Výhody dynamických kompenzačních zařízení

Nové dynamické systémy kompenzace jalového výkonu otevírají další aplikační možnosti a nabízejí mnoho výhod:

  • snížení jalového výkonu v energetických zařízeních (menší účet za elektřinu i při rychle se měnící zátěži),

  • spínací doby <7 ms,

  • úsporu nákladů při investování do nových elektrických zařízení (nízkonapěťový hlavní rozvod, energetická rozvodná zařízení, přenosová zařízení, průřezy kabelů atd.) zamezením vzniku špičkových proudů,

  • stabilizace síťového napětí (např. téměř nulový úbytek napětí při svařování),

  • snížení míhání,

  • jemné spínání bez přechodných jevů,

  • prodloužení životnosti kompenzačního zařízení i spotřebičů.

Obr. 3.

Mezi charakteristické aplikace dynamické kompenzace jalového proudu patří:

  • svařovací zařízení,

  • průmyslové lisy (např. v automobilovém průmyslu),

  • větrné elektrárny,

  • jeřáby (např. na překládku kontejnerů v přístavech),

  • výtahy (ve výškových budovách s více provozovanými zdvižemi).

Různé způsoby spínání výkonových kondenzátorů

Konvenční stykač motoru
Je-li nízkonapěťový výkonový kondenzátor připojen k síti bez tlumení, je namáhán podobně jako při zkratu. Paralelně připojené a již nabité kondenzátory jsou příčinou extrémně velkých spínacích proudů. Pro zamezení působení negativních vlivů na kvalitu síťového napětí a životnost kondenzátorů je třeba zajistit dostatečné tlumení spínacích proudů.

Obr. 4.
Obr. 5.
Obr. 6.
Obr. 7.

Obr. 4. Kondenzátorový proud při spínání tyristorem – a) kondenzátorový proud, b) řídicí signál
Obr. 5. Lisovna firmy Tower Automotive
Obr. 6. Dynamické kompenzační zařízení
Obr. 7. Připojení kompenzace jalového proudu

Na obr. 2 vlevo je zobrazen spínací proud zvětšený o činitel 157 vzhledem ke jmenovitému proudu, který byl vyvolán paralelně připojeným kondenzátorem se standardním motorovým stykačem. Na obr. 2 vpravo je patrné působení tohoto proudu na síťové napětí – napěťové přechodné jevy, které mohou mít závažné důsledky (např. průraz izolace, chybné nastavení programovatelného automatu, počítače nebo měřicího přístroje).

Stykač kondenzátoru
Speciální stykače kondenzátorů s předbíhajícími a přednabíjecími tlumicími rezistory sice zmírňují velký spínací proud, vznik pulsního proudu je však nevyhnutelný (obr. 3).

Tyristorové moduly pro rychlé a bezkontaktní spínání

Tyristorové moduly dovolují téměř libovolně mnoho spínacích pochodů a umožňují dosahovat při rychle se měnící zátěži krátkých spínacích dob. Tyristor spíná kondenzátory při průchodu proudu nulou (obr. 4), čímž se zamezuje vznik jinak velkých spínacích proudů (z obr. 4 je zřejmé, že tyristor spíná kondenzátor téměř bez časového zpoždění). Je-li přiveden řídicí signál na tyristor, je jím okamžitě protlačován kondenzátorový proud. Tento proud roste z nulové do vrcholové hodnoty, aniž by byl generován spínací proud, tzn. že nevznikají proudové špičky a bez nich ani napěťové přechodné jevy. Z měřicí křivky (obr. 4) je patrné, že původně sinusový proud je zkreslený. Toto zkreslení má svůj původ ve vyšších harmonických v posunuté síti. U takovéhoto „znečištění“ vyššími harmonickými se doporučuje použít dynamické kompenzační zařízení s tlumenými kondenzátory.

Příklad použití

Dynamickou kompenzaci jalového výkonu využívají např. v lisovně firmy Tower Automotive (Cvikov, Německo), která je dodavatelem pro automobilový průmysl (obr. 5). Lisy a svařovací zařízení jsou připojeny paralelně k elektrické síti. Tato zařízení musí pracovat z důvodu rychlých změn zátěže s krátkými spínací dobami. Díky instalaci několika zařízení dynamické kompenzace jalového proudu (obr. 6 a obr. 7) je umožněno jejich řízení téměř v reálném čase. Významně byl snížen zdánlivý výkon v elektrické napájecí soustavě a byly uspořeny investice do nízkonapěťového napájení (nový systém proudových přípojnic, nový transformátor, nový nízkonapěťový hlavní rozvod atd.).

Napájení motoru s redundancí

Obr. 8.

V praxi se může elektrikář u elektromotoru setkat s redundantním zapojením měniče frekvence a bypassem hvězda-trojúhelník. Nejspíš se této kombinaci v první chvíli podiví, neboť mu může s trochou nadsázky připomínat „kalhoty s páskem přes kšandy„. Smyslem uvedeného zapojení je však především zajištění větší spolehlivosti provozu, neboť existují aplikace, u kterých je fungování elektrického pohonu zásadní otázkou. Současnou elektroniku sice lze obecně považovat za provozně spolehlivou, nicméně chyby zcela vyloučit nelze a při poruše měniče frekvence není možné jednoduše udržet elektromotor ve standardním chodu. Měnič frekvence je sice možné při poruše přemostit, ale v tomto případě přichází v úvahu pouze přímý rozběh elektromotoru. Právě proto se u měničových aplikací, kde je chod pohonu prioritní a regulace otáček druhotná, stále častěji volí redundantní konvenční přemostění – bypass pro rozběh hvězda-trojúhelník. Díky tomuto bypassu je možné v případě poruchy elektroniky snadno udržet elektromotor v chodu a měnič frekvence (za provozu pohonu) odpojit a nechat opravit.

(Kl)

Shrnutí

Dynamická kompenzační zařízení se uplatní tam, kde je požadováno rychlé, bezporuchové spínání a kde původní zařízení těmto novým požadavkům již nevyhovují. Zařízení dynamické kompenzace s moderními tyristorovými moduly a inteligentními regulátory umožňují kompenzaci jalového výkonu v aplikacích s rychlými změnami zátěže.

V několika posledních letech se poměrně rychle rozšířilo používání dynamické kompenzace jalového výkonu, a to i přes větší investiční náklady oproti klasické kompenzaci. Jedním z důvodů je velmi krátká doba návratnosti investice. Současný vývoj tyristorových modulů pro větší jalové výkony přinese kratší spínací doby a další snižování nákladů, a tím i zkracování doby návratnosti investice.